华北地区地壳P波三维速度结构

1968年邢台地震以后的30余年中, 中国地震局系统先后在大华北地区布置30余条、近20000km的人工地震宽角反射/折射深地震测深(DSS) 剖面, 用以研究地壳及上地幔顶部的速度结构, 取得了大量研究成果.但以往的研究明显的不足是未能形成华北区域性的地壳三维速度结构模型, 从大区域的角度为研究华北地区地壳深部构造特征提供地震学方面的依据.因此, 在现已发表的DSS剖面资料的基础上, 选择了14条测线的资料, 利用地理信息系统(ARC/INFO) 的“矢量化”功能, 以及克里格数据网格化技术构建华北区域性的地壳三维速度结构模型, 从而对华北研究区内地壳三维速度结构的特点得到如下认识: (1) 华北地区地壳表层P波速度变化幅度大, 平面结构较复杂, 大体上划分为相间排列、走向趋势以北西向为主的3个速度区.海河平原和渤海湾的低速带是研究区范围内速度最低的低速区.资料的情况说明, 研究区内沉积盖层的地质构造与上地壳构造之间虽有一定继承性, 但也存在较大差别. (2) 总体上看, 在华北研究区内地壳的P波速度随深度增大而增大, 但局部地区出现速度倒转的现象, 东区的海河平原低速异常逐渐消失, 而西区的山西地堑则以相对低速异常特征为主.区内地壳以太行山脉为界, 划分为东、西两区; 东部和西部, 结晶基底以上地层的构造方向不完全一致; 东部的黄淮海地块, 区域构造以北东向为主, 而西部包括山西地块和鄂尔多斯地块东缘, 其构造方向则以北西向为主. (3) 根据莫霍面的形态特征, 研究区地壳可大致划分为6个区块; 在山西地块范围内, 莫霍面呈近南北向的凹陷带, 地壳厚度大; 内蒙古地块南缘和燕山地块南部, 莫霍面表现出褶皱带的构造特征, 其延展趋势为近东西方向; 鄂尔多斯地块东缘, 莫霍面构造相对复杂, 呈近北西向凸、凹相伴的褶皱; 黄淮海地块(华北裂谷带中、北部) 为莫霍面隆坳区, 隆、坳相间排列, 构造较复杂, 但从整体上看, 这是全区莫霍面最浅的隆起区段; 鲁西台背斜主要为莫霍面断陷区, 其断陷带沿枣庄—曲阜一线向北西方向延伸.      

Seismic Velocity Structure and Composition of the Continental Crust of Eastern China

On the basis of a one-by-one latitude-longitude grid three-dimensional seismic velocity model, the crustal P-wave velocity structure in eastern China (105-125°E and 18-41°N) is obtained, and a set of geotherms for each grid is established for P-T correction on P-wave velocities. The average depths of sub-crustal layers and their average P-wave velocities of 18 tectonic units in eastern China are exhibited. Our result presents a 32-34 km thick crust beneath eastern China, which is thinner than previous studies, with an average velocity of 6.54 km/s, corresponding to a 5 kg/m3 variation in crustal mean density. The thicker upper but thinner middle and lower crust results in a lower average seismic velocity of eastern China. An intermediate crustal composition with a SiO2 content of 59.7 wt% has been estimated. However, there exists a significant lateral variation in the crustal structures among the tectonic units of eastern China. The structure and composition features of some regions in eastern China in     

中国大陆科学钻探场址区的地壳速度结构特征

为了深入研究大别—苏鲁超高压变质带的深部结构及空间展布特征, 进一步揭示该超高压变质形成的动力学过程, 在中国大陆科学钻探场址区进行了广角反射/折射地震测深调查.根据广角反射/折射地震测深的资料研究, 建立了中国大陆科学钻探场址区的地壳纵波速度结构.从纵向上来看, 研究区域的地壳结构可划分为上、中、下3层: 上地壳的速度小于6.2 0km/s, 厚10余km; 中地壳的速度为6.4 0km/s, 厚亦为10km左右; 下地壳的速度为6.6 0km/s.地壳厚度为31km左右, 且其地壳的平均速度为6.30km/s.上地壳中的速度倒转指示了超高压变质体在地壳内部的空间分布, 且超高压变质体在大陆科学钻探场址及其附近的下部呈现为一隆起形态.      

P-Wave Velocity in Rocks of Dabieshan, China at High Pressure and High Temperature: Constraints for Composition of Lower Crust and Crust-Mantle Recycling

1NTRoDUCTIONSincecoesiteandmicro-diamondinclusionswerefoundinDabieshaninl98Os,someimportantresultsofgeology,geo-chemistryandgeophysicsoftheDabieultrahighpressuremetamorphicbelthavebeenachieved(seethereviewofCongandWang,l994;Wangetal.,l997).Butthereisverylittleexperimentalstudyofphysicalpropertiesofthemetamorphicrockstillnow(HarleyandCarswell,l995).Elasticwaveve-locityisoneofthemostimportantparametersofrocks,whichisabridgeconnectinggeochemistryandgeophysics.Itwillbehelpfulindiscussingthe…     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan,this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake.The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change,but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin.A lowvelocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the ...     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

Abstract: By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan, this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake. The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change, but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin. A low-velocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the western Sichuan Basin. The low-velocity layer at a depth of ~20 km beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau has been considered as the deep condition for favoring energy accumulation that formed the great Wenchuan earthquake.     

纵横波速度反演在气层识别中的应用

提出一种部分叠加资料的反演方法。部分叠加资料保留了原有的大量信息,在测井及构造层位的约束下,建立最符合地下实际情况的初始模型。通过非线性最优化理论,采用逐道外推技术,能同时反演出每一个点更准确的纵波和横波速度,进而可以求得纵横波速度比及泊松比,为储层预测和储集层内的流体识别提供丰富的弹性参数信息。     

3–D Tomographic Images and Deep Ore-Control in Northern Margin of the North China Plate

Abstract: 3–D velocity images of the crust beneath the northern margin of the North China Plate have been constructed using P-wave travel time residuals of the latest earthquakes, with the data supplied by Chinese seismic networks.
The seismic image results indicate that there is a lateral heterogeneity in the crust beneath the northern part of the North China block. The velocity images of the upper crust show features closely related to the tectonic features on the surface. It can be seen from these velocity images of the vertical sections, and from the horizontal slice images at depths of 11 and 16 km that there exist East-West and North-East structures. The images indicate that the juncture zone of basin–and–range terrain is between the blue-colored high–velocity block corresponding to the Yanshan mountain range that developed during the Yanshan period in northwest Beijing and the green low-velocity area corresponding to the North China basin in southeast Beijing (Fig. 5). The juncture zone between high-velocity and low–velocity, and EW and NE fault zones have significant ore-control effects. From the chart of epicenters in the northern region of North China, we find that the epicenters of earthquakes are almost entirely distributed within the NE strip. Almost all major earthquakes took place in the transition strip between the high and low-velocity zones in the crust. The distribution of epicenters also reflects the strikes of known NE–faults. From the image sections along the latitude, we find that in the area between 114.0 E –118.0 E , there is a blue high-velocity block standing upright from the Moho to the upper crust (Fig. 6), from which can be deduced that some materials such as magma moved upward from the upper mantle during the history of its geological development.     

新疆富蕴--库尔勒剖面地震层析图像与地壳上地幔的速度结构

利用在2002~2004年新疆天山地区富蕴—库尔勒布设的流动地震台,经过连续两年的观测所采集的数据,挑选远震P波到时数据,进行了地震层析反演处理,获得此剖面地震层析图像推断地壳上地幔的速度结构。反演结果表明,富蕴—库尔勒剖面上塔里木板块向北的推进相对于西部有所减弱,在西部表现强烈的造山作用,向东逐步减缓,在天山的底部不过100km上下。地震活动集中在此范围内。岩石圈物质移动方向发生变化部分向东推移,自然也降低了天山的隆升作用,从而造成天山西段和东段的差异。在本剖面范围内天山的Moho面结构复杂有重叠、斜插特征,深度最大在天山地区达80km,准噶尔盆地和本剖面范围内塔里木盆地北部Moho面深度为40~50km。     

华北地区深部构造特征

通过岩石圈厚度变化、大地热流值和莫霍面起伏,结合浅表岩浆构造活动,编制了华北地区深部构造略图,建立了燕山期软流圈上涌与岩浆构造活动的关系模式,总结了该区的深部构造特征:岩石圈厚区与软流圈上涌区共存.同时,按生成机制对该区软流圈上涌进行了类型划分:中生代燕山期(J-K1)、早新生代(E2-E3)主动机制形成的软流圈上涌,中、新生代(K2-E1)及晚新生代(N-Q)被动机制形成的软流圈上涌.     

大陆下地壳流变性质与华北克拉通破坏机制

综述了中国东部地壳结构与组成的基本特征,介绍了华北克拉通岩石圈减薄作用这一近年来备受国内外地球动力学界关注的重大科学问题,归纳和总结了目前关于华北克拉通减薄机制的各种模型,并结合大陆岩石圈流变学结构模型,强调从流变学角度探讨华北克拉通下地壳的流变性质对研究和解决华北克拉通破坏机制的意义,提出进行更精细的、结合定量结构水研究的高温高压流变学实验模拟研究可能是解决华北克拉通破坏机制问题的关键手段之一。     

南海东北部下地壳高速层的成因探讨

通过对南海北部大陆边缘地壳结构分析,指出南海东北部存在下地壳高速层,大致分布在112°E~120°E,19°N~22°N的陆坡和拉张程度大的陆架地区,呈NEE向延伸,在海底地震仪剖面上最大的厚度有8km,向南海海盆方向减薄。通过对比综合分析认为,高速层物质组成是底侵作用形成的熔岩垫,由于伸展作用,南海海底扩张（30Ma）前后底侵作用形成了熔岩垫,并促使南海北部大陆边缘地壳抬升,导致区域性抬升剥蚀。     

利用超高压变质岩的P波速度估算地下岩石的热导率

岩石热导率是了解地球内部热传导过程的重要参数之一, 但热导率的测量在室内和野外都比较复杂.如何利用容易获得的岩石物理参数(如超声波速度) 来估算岩石的热导率就显得非常重要.通过对中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔655件样品热导率和超声波速度的相关分析, 把样品分为新鲜榴辉岩、退变质榴辉岩、副片麻岩和正片麻岩4类, 并分别建立了利用岩石P波速度估算热导率的计算方程.回归计算表明, 榴辉岩热导率和P波速度之间的相关性较大, 相关系数在0.7左右, 片麻岩显示的相关系数比较小, 在0.4~0.5之间.鉴于样本数量较大, 这种结果足以表明热导率和P波速度之间可以用给定的线性关系来表达.为了检验获得的方程, 在CCSD主孔中选取典型的岩性单元, 利用测得的P波速度估算相应的热导率, 结果显示估算值和实测热导率平均值非常接近, 表明利用P波估算岩石热导率的方程是可行和实用的, 为本区和相似地区大地热流和热结构计算提供了热导率的计算方法和依据, 因而具有重要的岩石物理学和地球物理意义.      

Shallow Structure of the Crust in the Sulu-Dabie Region,China and its Seismotectonic Implication

The P-wave velocity structure in the shallow crust is investigated in and around the Sulu-Dabie region by using seismic reflection data for deep soundings in 48 survey profiles and from rock velocity determinations. The observed velocity distributions show obvious heterogeneities in this region. The low velocity anomalies are observed mainly in the west of the Dabie region and the East Sea regions. The high velocity anomalies emerge in the shallow crust of the Sulu and Dabie orogeny. These high-velocity anomalies can be attributed to the ultra-high pressure metamorphosed (UHPM) rock formed by exhumation motion of mantle materials during the orogeny. The high-velocity anomalies in the different shallow layers beneath the Sulu region are located to the northeast of the Tan-Lu fault. The high-velocity anomalies beneath the Dabie region are located southwest of the Tan-Lu fault. Such a distribution pattern of velocity anomaly zones may reveal historical motion of a left-lateral strike-slip for the Tan-Lu fault, which differs from the result of a right-lateral strike-slip motion regime known from modern seismology, indicating a more complex tectonic motion along the Tan-Lu fault.     

根据地震纵波速度分析青藏高原地壳放射性生热率和地幔热状态

从1974年至今,人们对青藏高原的研究积累了大量的地球物理资料。笔者搜集了23条地震剖面纵波数据,利用地震纵波速度和生热率的关系,绘制了各条剖面的地壳岩石生热率随深度变化的等值线,并结合已有的大地热流数据,得到了地幔热流密度分布情况。从地幔热流密度分布可以看出:在班公—怒江缝合带、印度—雅鲁藏布江缝合带、拉萨地体上存在地幔热流较高区域;该区域位于地块碰撞挤压带上,地层构造复杂,地热资源丰富,以著名的羊八井地热田为代表。初步推断该区域地幔岩浆较活跃。     

青藏高原及其邻区地壳上地幔S波速度结构

利用CDSN、IRIS、GEOSCOPE等台网33个数字台站及部分数字流动台的长周期面波资料,采用改进的Occam网格反演方法,在获得中国大陆及其邻近区域(5°~55°N,68°~150°E)1°×1°的7~184 s周期Rayleigh波群速度频散的基础上,进一步反演青藏高原及邻区(20°~40°N,75°~105°E)内每个经纬度节点介质的S波速度结构,获得了0~420 km深度地壳上地幔的三维速度分布.研究结果显示:青藏高原不但具有厚壳(60~70 km)和厚岩石圈(超过200 km),而且高原深部结构和速度分布存在明显的横向变化和分区特征.     

残余壳根与"三明治"结构——燕山造山带中段地壳结构的主要特征

摘要昌黎一承德一达莱诺尔宽角反射／折射地震剖面完成于1985年,呈NW向横过燕山造山带中段,部分测段与2002年实施的120km深反射地震剖面重合。为获得区域深部构造背景并在与反射地震剖面交互解释基础上,对该剖面的4炮原始资料进行了处理、解释,获得了一个厚35-38km,局部残余壳根,夹有低速层的“三明治”式的地壳结构模型。该结构样式明显不同于板缘俯冲／碰撞造山带常见的楔入（挤入）样式,也区别于澳大利亚Alice Spring造山带的厚皮变形样式,在世界陆内造山带中独具特色。燕山造山带的地壳结构模型暗示该区保持着中生代区域收缩变形形成的地壳结构基本格架,下地壳和Moho的特征显示了后期区域性伸展作用的影响。     

华北中部岩石圈电性结构——应县—商河剖面大地电磁测深研究

20 0 1年, 沿着山西应县到山东商河, 重新布置大地电磁测深剖面进行研究.采用现代先进的大地电磁数据处理技术和快速松弛二维反演方法获得该剖面二维电性结构模型, 从而充分展示了华北地区岩石圈电性结构的特点.从电性特征上讲, 华北岩石圈以太行山前断裂为界划分为东、西两区, 东区为低阻区, 西区为高阻区.在东区, 上地壳电性结构基本与华北裂谷系的隆、坳构造格局相对应, 岩石圈的电导最高达3× 104 S, 远远大于强烈活动的安第斯山岩浆弧区和西藏高原岩石圈的电导.这里, 在构造连接部位的地壳中有不连续的高导体存在, 电导率大约0.1~ 0.8S/m.在西区, 太行山和恒山的岩石圈为高阻块体, 表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点.但恒山高阻块体之下发现一组向西缓倾的高导层, 其电导率为0.0 4~0.2 5S/m, 顶面在2 0km深处, 底面深度大约40km.      

南北构造带天水、武都强震区地壳和上地幔顶部结构

利用两条相互垂直的高分辨地震折射/宽角反射剖面和相应的非纵观测的多个扇形剖面取得的人工地震资料, 研究天水和武都8级大震区的地壳和上地幔顶部结构和构造.二维剖面结果显示, 地壳沿垂向可分为上地壳和下地壳两大层.上地壳中部存在低速层, 层内介质速度比背景值低0.3~0.5km/s.莫霍面深度大约为46~48km.NE向的天水-武都剖面下地壳速度在横向上变化剧烈, NW向的成县-武山剖面, 在礼县以西, Moho面和C界面有被上涌物质改造过的迹象.三维速度成像显示, 在105°E附近, 从7至11km的深度范围内, 存在一条近NS向的断裂带, 在该带的两侧速度结构有明显的差异, 西侧为低速异常, 而东侧为高速异常, 这一近NS向的断裂带与二维剖面的下地壳深断裂在位置上很接近.该地区的几个8级大震均发生在105°E附近, 并且呈一近NS条带.      

太古宙克拉通型下地壳剖面：华北怀安－丰镇－尚义的麻粒岩－角闪岩系

华北克拉通北缘晋冀内蒙交界地区有变质程度连续变化、从高压基性麻粒岩、麻粒岩到角闪岩相的变质岩系出露。它们的古变质压力由＞１．４ＧＰａ（５０ｋｍ）变化到０．５ＧＰａ（１５ｋｍ）；岩石类型从变辉长岩、中酸性正片麻岩到表壳岩变化；变质矿物组合由不含水的耐火组合变为富含云母和角闪石的组合；地球化学性质表现出从贫Ｓｉ和Ａｌ、轻度亏损生热元素到具有正常的化学成分的连续变化；包裹体流体性质在轻度亏损生热元素的麻粒岩中均为ＣＯ２流体，而在麻粒岩相的表壳岩和角闪岩系中Ｈ２Ｏ流体逐渐增加。上述变质岩系剖面的组成和特点符合大陆下地壳的定义，可能代表了包括最下部地壳在内的华北地块太古宙克拉通型大陆下地壳。据此本文建立了我国第一条克拉通型大陆下地壳剖面，并讨论其地质意义以及相关的问题